群集+LVS虚拟服务器

一，群集

1.何为群集

群集：由多台主机构成，但对外只表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名或ip），相当于一台大型计算机。

2.群集存在的原因

互联网应用中,随着站点对硬件性能、响应速度、服务稳定性、数据可靠性等要求越来越高，单台服务器力不从心，无法满足负载均衡及高可用的需求。

对此，大部分企业选择使用相对廉价的普通服务器构建服务群集，使用LVS来达到服务器高可用和负载均衡，在同一个IP地址上对外提供相同服务。

二，群集的分类

1.负载均衡集群

提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、高负载(LB)的整体性能。
LB的负载分配依赖于主节点的分流算法，将来自客户机的访问请求分担给多个服务器节点，从而缓解整个系统的负载。
例如:“DNS轮询”"、“反向代理"等。

2.高可用群集

提高应用系统的可靠性、尽可能地减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用(HA)的容错效果。
HA的工作方式包括双工和主从两种模式，双工即所有节点同时在线，主从则只有主节点在线，但当出现故障时从节点能自动切换为主节点。
例如:“故障切换”"、“双机热备"等。

3.高性能群集

以提高应用系统的CPU运算速度、扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算(HPC)能力。
高性能依赖于分布式运算、"并行计算，通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起，实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力。
例如，“云计算”、“网格计算"等。

三，负载均衡群集架构+工作模式

1.负载均衡结构

第一层，负载调度器(Load Balancer或Director)
访问整个群集系统的唯一入口，对外使用所有服务器共有的VIP地址，也称为群集IP地址。通常会配置主、备两台调度器实现热备份，当主调度器失效以后能够平滑替换至备用调度器，确保高可用性。

第二层，服务器池(Server Pool)
群集所提供的应用服务、由服务器池承担，其中每个节点具有独立的RIP地址(真实IP)，只处理调度器分发过来的客户机请求。当某个节点暂时失效时，负载调度器的容错机制会将其隔离，等待错误排除以后再重新纳入服务器池。

第三层，共享存储(Share Storage)
为服务器池中的所有节点提供稳定、一致的文件存取服务，确保整个群集的统一性共享存储可以使用NAS设备;或者提供NFS共享服务的专用服务器。

2.负载均衡群集工作模式

1.NAT模式 ---- 地址转换

Network Address Translation，简称NAT模式
类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机的访问入口，也是各节点回应客户机的访问出口服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网络，安全性要优于其他两种方式。

典型的特点就是：
数据的请求和数据的返回都需要经过负载调度服务器。

优点：集群中的物理服务器可以使用任何支持TCP/IP操作系统它只需要一个 IP 地址配置在调度器上，服务器组可以用私有的 IP 地址。

缺点：扩展性有限。当服务器节点（普通PC服务器）增长过多时,负载均衡器将成为整个系统的瓶颈，因为所有的请求包和应答包的流向都经过负载均衡器。当服务器节点过多时，大量的数据包都交汇在负载均衡器那，速度就会变慢。

2.TUN模式 ---- IP隧道

lP Tunnel,简称TUN模式
采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器服务器节点分散在互联网中的不同位置,具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信。

典型特点：
除了负载调度服务器是公网IP地址，后端服务器和其网关也都是公网IP地址；
结果造成安全性低，购买地址和管理的成本高。

优点：负载均衡器只负责将请求包分发给后端节点服务器，而RS将应答包直接发给用户。所以，减少了负载均衡器的大量数据流动，负载均衡器不再是系统的瓶颈，就能处理很巨大的请求量，这种方式，一台负载均衡器能够为很多RS进行分发。而且跑在公网上就能进行不同地域的分发。

缺点：隧道模式的RS节点需要合法IP，这种方式需要所有的服务器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)协议，服务器可能只局限在部分Linux系统上。

3.DR模式 ---- 直接路由

Direct Routing，简称DR模式
采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道。

典型特点：
负载调度器与各个节点服务器通过本地网络连接，因此无需建立专用的IP隧道。

优点：VS/DR跟 VS/TUN 方法相同，负载调度器中只负责调度请求，而服务器直接将响应返回给客户，可以极大地提高整个集群系统的吞吐量。

缺点：要求负载均衡器的网卡必须与物理网卡在一个物理段上，不能跨LAN，导致广播风暴。

四，LVS虚拟服务器

1.Linx Virtual Server

针对Linux内核开发的负载均衡解决方案
1998年5月，由我国的章文嵩博士创建,
官方网站: http://www.linuxvirtualserver.org/
LVS 实际上相当于基于IP地址的虚拟化应用， 为基于IP地址和内容请求分发的负载均衡提出了一种高效的解决方法.
LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_ vs模块，必要时能够自动调用。在CentOS 7系统中，以下操作可以手动加载ip_ vs模块，并查看当前系统中ip_ vs模块的版本信息。
要使用LVS的能力，只需安装一个LVS的管理工具：ipvsadm
modprobe ip_vs			  #加载ip_va模块
cat /proc/net/ip_vs		  #确认内核对LVS的支持

ipvsadm功能及选项：

2.LVS工作模式

工作流程：
1.当客户端的请求到达负载均衡器的内核空间时，首先会到达PREROUTING链。
2.当内核发现请求数据包的目的地址是本机时，将数据包送往INPUT链。
3.LVS由用户空间的ipvsadm和内核空间的IPVS组成，ipvsadm用来定义规则，IPVS利用ipvsadm定义的规则工作，IPVS工作在INPUT链上,当数据包到达INPUT链时，首先会被IPVS检查，如果数据包里面的目的地址及端口没有在规则里面，那么这条数据包将被放行至用户空间。
4.如果数据包里面的目的地址及端口在规则里面，那么这条数据报文将被修改目的地址为事先定义好的后端服务器，并送往POSTROUTING链。
5.最后经由POSTROUTING链发往后端服务器。

3.LVS负载调度算法

1）轮询(Round Robin)
将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点(真实服务器),均等地对特每一台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。

2）加权轮询(Weighted Round Robin)
根据调度器设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多保证性能强的服务器承担更多的访问流量。

3)最少连接(Least Connections )
根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点。

4)加权最少连接(weighted L east Connections )
在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载。

4.LVS优缺点

高并发连接：LVS基于内核网络层面工作，有超强的承载能力和并发处理能力。单台LVS负载均衡器，可支持上万并发连接。

稳定性强：是工作在网络4层之上仅作分发之用，这个特点也决定了它在负载均衡软件里的性能最强，稳定性最好，对内存和cpu资源消耗极低。

成本低廉：硬件负载均衡器少则十几万，多则几十万上百万，LVS只需一台服务器和就能免费部署使用，性价比极高。

配置简单：LVS配置非常简单，仅需几行命令即可完成配置，也可写成脚本进行管理。
支持多种算法：支持8种负载均衡算法，可根据业务场景灵活调配进行使用。

支持多种工作模型：可根据业务场景，使用不同的工作模式来解决生产环境请求处理问题。

应用范围广：因为LVS工作在4层，所以它几乎可以对所有应用做负载均衡，包括http、数据库、DNS、ftp服务等等。

缺点：工作在4层，不支持7层规则修改，机制过于庞大，不适合小规模应用。

小结：